Magic Fires: a história da tecnologia de compressores
 

Magic Fires: a história da tecnologia de compressores

Nesta série, falaremos sobre reabastecimento forçado e o desenvolvimento de motores de combustão interna.

Ele é um profeta nas escrituras de ajuste de carros. Ele é o salvador do motor diesel. Os projetistas de motores a gasolina negligenciaram esse fenômeno por muitos anos e hoje ele está se tornando onipresente. Este é um turbocompressor ... Mais avançado do que nunca.


Seu irmão, um compressor motorizado, também não tem planos de deixar o palco. Além disso, ele está pronto para uma aliança que o levará a uma simbiose perfeita. Assim, na turbulência da rivalidade tecnológica moderna, representantes de duas correntes opostas pré-históricas se uniram, provando a máxima de que a verdade permanece a mesma, independentemente da diferença de pontos de vista.

Consumo 4500 l / 100 km e muito oxigênio

 

A aritmética é relativamente simples e baseada exclusivamente nas leis da física ... Supondo que um carro com cerca de 1000 kg e arrasto aerodinâmico desesperador supere 305 metros de uma paralisação em menos de 4,0 segundos, atingindo ao final da velocidade de 500 km / h no trecho, a potência do motor deste carro deve exceder 9000 hp Os mesmos cálculos mostram que, dentro da seção transversal, o virabrequim giratório de um motor girando a 8400 rpm só será capaz de girar cerca de 560 vezes, mas isso não impedirá que o motor de 8,2 litros absorva cerca de 15 litros de combustível. Como resultado de outro cálculo simples, torna-se claro que, de acordo com a taxa padrão de consumo de combustível, o consumo médio deste carro é superior a 4500 l / 100 km. Em uma palavra - quatro mil e quinhentos litros. Na verdade, esses motores não têm sistemas de refrigeração - eles são refrigerados por combustível ...

Não há nada de ficção nesses números ... Esses são ótimos, mas valores bastante reais do mundo das corridas de arrancada modernas. Não seria correto classificar os carros que participam de corridas com aceleração máxima como carros de corrida, já que criaturas surreais de quatro rodas, envoltas em fumaça azul, são incomparáveis ​​até mesmo com a nata das modernas tecnologias automotivas usadas na Fórmula 1. Portanto, usaremos o nome popular de "dragsters" ... - Sem dúvida interessantes à sua maneira, carros únicos, proporcionando uma sensação única tanto aos fãs fora da pista de 305 metros, quanto aos pilotos, cujo cérebro, quando acelerado a 5 g velozes, provavelmente assume a forma de uma imagem bidimensional colorida na parede posterior do crânio

Esses dragsters são indiscutivelmente a forma mais famosa e mais impressionante de esporte motorizado popular nos Estados Unidos, pertencendo à polêmica classe Top Fuel. O nome é baseado no desempenho extremo do químico nitrometano que máquinas infernais usam como combustível para seus motores. Sob a influência dessa mistura explosiva, os motores operam em modo de sobrecarga e em apenas algumas corridas se transformam em uma pilha de metal desnecessário e, devido à propensão do combustível à detonação contínua, o som de sua operação lembra o rugido histérico de uma fera contando os últimos momentos de sua vida. Os processos nos motores só podem ser comparados com o caos incontrolável absoluto, beirando a busca da autodestruição física. Normalmente, um dos cilindros falha no final da primeira seção. A potência dos motores usados ​​neste esporte maluco atinge valores que nenhum dinamômetro no mundo pode medir, e o abuso das máquinas realmente ultrapassa todos os limites do extremismo da engenharia ...

 
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Mas vamos voltar ao cerne da nossa história e dar uma olhada mais de perto nas propriedades do combustível nitrometano (misturado com uma pequena porcentagem de metanol de equilíbrio), que é sem dúvida a substância mais poderosa usada em qualquer forma de corrida de carros. atividade. Cada átomo de carbono em sua molécula (CH3NO2) possui dois átomos de oxigênio, o que significa que o combustível carrega consigo a maior parte do oxidante necessário para a combustão. Pela mesma razão, o conteúdo de energia por litro de nitrometano é menor do que por litro de gasolina, mas com a mesma quantidade de ar fresco que o motor pode sugar para as câmaras de combustão, o nitrometano fornecerá significativamente mais energia total durante a combustão. ... Isso é possível porque ele próprio contém oxigênio e, portanto, pode oxidar a maioria dos componentes do combustível de hidrocarboneto (geralmente não combustível na ausência de oxigênio). Em outras palavras, o nitrometano possui 3,7 vezes menos energia que a gasolina, mas com a mesma quantidade de ar, 8,6 vezes mais nitrometano pode ser oxidado do que a gasolina.

Qualquer pessoa familiarizada com os processos de combustão em um motor de carro sabe que o verdadeiro problema de extrair mais potência de um motor de combustão interna não é aumentar o fluxo de combustível para as câmaras - as bombas hidráulicas são potentes o suficiente para isso. atingindo pressão extremamente alta. O verdadeiro desafio é fornecer ar (ou oxigênio) suficiente para oxidar hidrocarbonetos e garantir a combustão mais eficiente. É por isso que o nitrogênio é usado no combustível dos dragsters, sem o qual seria absolutamente impensável obter resultados dessa ordem com um motor de 8,2 litros. Ao mesmo tempo, os carros operam com misturas bastante ricas (sob certas condições, o nitrometano pode começar a se oxidar), devido ao qual parte do combustível é oxidada nos escapamentos e forma impressionantes fogos mágicos acima deles.

Torque 6750 Newton metros

O torque médio desses motores chega a 6750 Nm. Você provavelmente já percebeu que há algo estranho em toda essa aritmética ... O fato é que para atingir os valores limites especificados, a cada segundo um motor funcionando a 8400 rpm deve sugar não mais, nem menos que 1,7 5 cúbico metros de ar fresco. Só há uma maneira de fazer isso: preenchimento forçado. O papel principal neste caso é desempenhado por uma enorme unidade mecânica clássica do tipo Roots, graças à qual a pressão nos coletores do motor do dragster (baseado no Chrysler Hemi Elephant pré-histórico) chega a impressionantes XNUMX bar.

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Para entender melhor quais cargas estão envolvidas neste caso, tome como exemplo uma das lendas da época de ouro dos compressores mecânicos - o V3,0 de corrida de 12 litros. Mercedes-Benz W154. A potência deste carro era de 468 cv. com., mas deve-se ter em mente que o acionamento do compressor levou incríveis 150 cv. com., não atingindo os 5 bar especificados. Se somarmos agora 150 mil s. À conta, chegamos à conclusão de que o W154 realmente tinha incríveis 618 cv para a época. Você pode julgar por si mesmo quanta potência real os motores da classe Top Fuel alcançam e quanta potência é absorvida pelo acionamento do compressor mecânico. Claro, usar um turbocompressor neste caso seria muito mais eficiente, mas seu projeto não poderia lidar com a carga de calor extrema dos gases de escapamento.

Início da contração

 

Durante a maior parte da história do automóvel, a presença de uma unidade de ignição forçada nos motores de combustão interna foi um reflexo da tecnologia de ponta para o estágio de desenvolvimento correspondente. Foi o que aconteceu em 2005, quando o prestigioso prêmio de inovação tecnológica nas indústrias automotiva e esportiva, em homenagem ao fundador da revista, Paul Peach, foi concedido ao chefe de desenvolvimento de motores da VW Rudolf Krebs e sua equipe de desenvolvimento. aplicação da tecnologia Twincharger em motor a gasolina de 1,4 litros. Graças ao enchimento forçado combinado dos cilindros usando um sistema síncrono de mecânica e um turboalimentador, a unidade combina habilmente a distribuição uniforme de torque e a alta potência típica de motores de aspiração natural com grande cilindrada, com a eficiência e economia de motores pequenos. Onze anos depois, o motor TSI de 11 litros da VW (com cilindrada ligeiramente aumentada para compensar sua contração eficiente devido ao ciclo Miller usado) agora apresenta uma tecnologia de turboalimentador VNT muito mais avançada e é novamente nomeado para o Prêmio Paul Peach.

Na verdade, o primeiro carro de produção com motor a gasolina e geometria variável turboalimentada, o Porsche 911 Turbo, foi lançado em 2005. Ambos os compressores, desenvolvidos em conjunto pelos engenheiros de P&D da Porsche e seus colegas da Borg Warner Turbo Systems, VW usam a ideia bem conhecida e consagrada de geometria variável em unidades turbodiesel, que não foi implementada em motores a gasolina devido a um problema com temperatura média dos gases de escape mais alta (cerca de 200 graus em comparação com o diesel). Para isso, materiais compósitos resistentes ao calor da indústria aeroespacial foram usados ​​para palhetas-guia de gás e um algoritmo de controle ultrarrápido no sistema de controle. Conquista de engenheiros da VW.

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A idade de ouro do turbocompressor

Desde a descontinuação do 745i em 1986, a BMW há muito defende sua própria filosofia de design para motores a gasolina, segundo a qual a única maneira "ortodoxa" de obter mais potência era operar o motor em altas rotações. Sem heresias e flertando com compressores mecânicos a la Mercedes (C 200 Kompressor) ou Toyota (Corolla Compressor), sem preconceito para turboalimentadores VW ou Opel. Os construtores de motores de Munique deram preferência ao enchimento de alta frequência e pressão atmosférica normal, o uso de soluções de alta tecnologia e, em casos extremos, um deslocamento maior. Experimentos de compressores baseados em motores bávaros foram quase completamente transferidos para os "faquires" pela empresa de tuning Alpina, que é próxima à empresa de Munique.

Hoje, a BMW não produz mais motores a gasolina de aspiração natural, e o motor turbo de quatro cilindros já faz parte da linha de motores a diesel. A Volvo usa uma combinação de abastecimento com um mecânico e turboalimentador, a Audi criou um motor diesel com uma combinação de um compressor elétrico e dois turboalimentadores em cascata, a Mercedes criou um motor a gasolina com um elétrico e um turboalimentador.

Porém, antes de falar sobre eles, voltaremos no tempo para encontrar as raízes dessa transição tecnológica. Aprendemos como, na década de 20, os fabricantes americanos tentaram usar a tecnologia turbo para compensar o deslocamento do motor causado pelas duas crises do óleo e como eles falharam nessas tentativas. Vamos falar sobre as tentativas malsucedidas de Rudolf Diesel de criar um motor de compressor. Lembraremos da gloriosa era dos motores de compressor nas décadas de 30 e 70, bem como dos longos anos de esquecimento. Claro, não perderemos o surgimento dos primeiros modelos de turbocompressores de produção após a primeira grande crise do petróleo dos anos XNUMX. Ou para o sistema de compostos Scania Turbo. Resumindo - contaremos a história e evolução da tecnologia de compressores ...

(seguir)

Texto: Georgy Kolev

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